[发明专利]一种高放射状、高振实的镍钴铝酸锂前驱体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高放射状、高振实的镍钴铝酸锂前驱体及其制备方法，所述的镍钴铝酸锂前驱体为氢氧化镍钴铝，其刨面形貌内到外呈放射状，材料中铝元素由内到外均匀分布，其一次颗粒呈薄片状，具备高振实、高球形度的特点。本发明的制备包括晶种制备、晶体生长的过程，通过严格控制成核、生长的反应条件，实现前驱体均匀定向生长。本发明工艺简单，过程容易稳定控制，产品性能优异，适于大规模工业化生产。

技术领域

本发明属锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种高放射状、高振实的镍钴铝酸锂前驱体及其制备方法。

背景技术

层状镍钴铝三元材料(NCA)具备优异的电化学性能、较高的比容量、较低的生产成本等优点，已成为最具发展前景的锂离子电池材料之一。而镍钴铝三元材料最关键的技术在前驱体工艺里面，因为前驱体的品质(形貌、粒径、粒径分布、比表面积、杂质含量、振实密度等)直接决定了最后烧结产物的理化指标。

目前，镍钴铝三元前驱体的主要制备工艺为共结晶法，而前驱体的反应过程是非常复杂的过程，需要控制的参数有很多，包括盐和碱的浓度、氨水浓度、进料速度、反应温度、搅拌速度、固含量等。不同的工艺条件制备出的前驱体形貌、比表、粒径分布、振实密度以及烧结后的电化学性能都有明显差异。目前国内镍钴铝酸锂的技术不够成熟，行业内NCA产品主要来自日韩。主要原因是NCA前驱体制备难度较高，工艺路线不成熟，产品一致性较差，尤其铝的沉淀系数与镍钴差异较大，导致前驱体振实密度较低，铝分布不均匀。另外，现有的NCA前驱体大部分为内部无序分布，导致烧结成品在循环过程中易粉化，且电化学性能差。

发明内容

针对镍钴铝酸锂前驱体存在振实密度低、铝元素分布不均匀、烧结成品电化学性能较差等问题，本发明提供一种高放射状、高振实的镍钴铝酸锂前驱体及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明是一种具备优异物化性能、稳定性好、工艺简单的镍钴铝酸锂前驱体制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高放射状、高振实的镍钴铝酸锂前驱体，所述的镍钴铝酸锂前驱体的分子式为Ni_xCo_yAl_z(OH)₂，其中x+y+z＝1、0.8≤x＜1.0；所述的镍钴铝酸锂前驱体的截面形貌为由内向外的放射状。

进一步地，所述的镍钴铝酸锂前驱体中铝元素从内到外均匀分布。

进一步地，所述的镍钴铝酸锂前驱体振实密度≥1.9g/cm³，比表面积5～35m²/g。

进一步地，所述的镍钴铝酸锂前驱体一次颗粒呈薄片状，二次颗粒呈高度球形。

一种高放射状、高振实的镍钴铝酸锂前驱体的制备方法，包括以下步骤：

(1)反应溶液的配置：将镍盐、钴盐溶解成浓度为1～3mol/L的混合盐溶液；将铝盐配制成浓度为0.05～0.5mol/L的铝盐溶液；将碱溶解成浓度为4～10mol/L的碱溶液；配制浓度为5～13mol/L的氨水溶液作为络合剂；

(2)晶种制备：将氨水溶液和碱溶液依次加入已装有半釜水或满釜水的反应釜内，调节釜内氨浓度为0.25～0.40M，pH值为11.5～12.5，控制釜内温度为40～70℃，搅拌速度为500～800rpm，达到晶核形成条件，形核0.5-2h，控制成核粒径1.0～2.0μm；维持釜内反应温度、搅拌速度恒定，向釜内再次加入碱溶液和氨水溶液，调节釜内氨浓度和pH值达到晶核生长条件；最后将混合盐溶液、铝盐溶液按前驱体所设计元素比例并流加入釜内，同时加入碱溶液和氨水溶液维持釜内氨浓度和pH值恒定，然后控制晶种制备时间，达到晶种设定粒径，完成晶种溶液制备；